甘肃‖兰大团队突破瓶颈，新芯片问世！

抖音热门 2025年11月09日 02:27 2 admin

深夜的实验室灯光常亮至凌晨

一张数据截图让整个团队欢呼雀跃

这是田永辉教授团队八年攻关的缩影

他们集中攻克薄膜铌酸锂

集成光电子芯片的加工难题

这是国家在光信息处理领域

急需突破的“卡脖子”技术之一

如今，他们的芯片技术正从书架走向货架

为光电产业注入强劲动能

从功能单元器件到光子芯片集成，他们用了8年时间，每一步都走得很扎实。

2025年9月25日，由兰州大学承办的甘肃省光学学会成立大会正式召开，兰州大学物理科学与技术学院田永辉教授当选该学会第一届理事会理事长。这场汇聚了省内10余家高校、科研院所的盛会，为全省光学科技工作者提供了交流合作的专业平台，也标志着光学学科在甘肃迈入全新发展阶段。

光学学会的成立让田永辉多年的心愿终于实现，此前他已为学会的成立，筹备了将近半年时间。

自2017年开始，田永辉带领团队联合国内外相关团队集中攻克薄膜铌酸锂集成光电子芯片的加工难题，这是国家在光信息处理领域急需突破的“卡脖子”技术之一。田永辉教授团队用8年时间，为我国在该领域实现了新突破，为未来薄膜铌酸锂集成光电子芯片的规模化集成与规模化生产打下了坚实的基础。

“搭河过桥”：打通薄膜铌酸锂芯片加工制作的关键路

“光为电加速，电为光导航”，将光信号的高速、大带宽及并行处理等优势与电信号的易于控制优势结合的光电子芯片，撑起了现代高速通信的骨架，也是现代通信能够实现高速、大容量信息传输的秘诀。

而田永辉团队聚焦的薄膜铌酸锂集成光电子芯片，更是给现代光通信装了“强引擎”。相对传统使用的硅基材料，铌酸锂材料具有更优异的电光效应，能让信号调制的速度更快。薄膜铌酸锂集成光电子芯片在高速光通信、光计算及激光雷达等领域有着广泛的应用前景，是目前国际学术及产业界的研究热点。

但同时，铌酸锂材料具有较强的化学稳定性，传统的刻蚀方法难以实现铌酸锂光电子芯片的加工制作。虽然利用基于氩离子铣的高能粒子轰击的物理直接刻蚀法能够实现芯片制备，但相关方案不仅技术难度大，还难以保证大规模生产的良率。

例如，薄膜铌酸锂芯片的加工往往需要极为苛刻的工艺条件，并且不可避免地使得该平台的高密度集成与微纳光场调控变得极具挑战。这也坚定了田永辉扎根该领域的决心。

“在祖国大西北搞芯片，难；但只要搞出来，你就能在西部芯片发展的历史上写下一笔。”这是物理学院原院长薛德胜教授的嘱托。2013年从中国科学院半导体研究所毕业后，田永辉带着这份沉甸甸的嘱托和挑战回到兰州大学任教，并开始一头扎进光电子芯片研制中。

在科研工作过程中，田永辉敏锐地意识到薄膜铌酸锂的优异电光特性将会给传统硅光子学带来一轮前所未有的变革，但其加工难题一直困扰着全球科研工作者，因此田永辉始终高度关注铌酸锂芯片的前沿进展。

2017年，正在澳大利亚悉尼大学访学的他意识到，与其直接硬啃铌酸锂芯片加工这块“硬骨头”，不如换个思路，另辟蹊径。

他和团队创新性地提出——氮化硅-薄膜铌酸锂异质集成方案：在铌酸锂薄膜上生长一层氮化硅，这样就可以利用氮化硅成熟且低成本的加工工艺，将所需要器件图形在氮化硅上直接刻蚀出来，让光在铌酸锂和氮化硅共同构建的“桥梁”上传输。

由于氮化硅的折射率、光学带宽等性质与铌酸锂相近，“我们的方案相当于给铌酸锂‘穿’了一件可雕刻的外衣，既解决了加工难题，又不影响光的传输性能。”田永辉解释道。

但每一个想法从提出到落地都充满挑战。2018年，田永辉回到兰州大学，团队面临的第一个难题就是氮化硅与铌酸锂的贴合质量。“两层材料要完美结合，不能有气泡、不能有杂质，我们团队反复调整，实验做了一次又一次。”

田永辉记得，那段时间，实验室的灯常常亮到深夜，他和学生们一起守在设备旁，生怕错过任何一个可靠的实验数据。

产学研协同：从实验成果到产业化应用

2020年，团队终于迎来第一个关键突破——成功研制出新型薄膜铌酸锂无源光子器件，即能将几束不同波长、模式和偏振态的光复合在一起进行片上传输的“复用/解复用器件”，打通了铌酸锂光子芯片上微纳光场调控及高密度集成的基础功能环节。2021年，团队又研发出带宽31GHz的电光调制器，实现了电信号到光信号的高效转换。

这些年间，田永辉最难忘的还是2021年的一个午夜，那段时间里，他和学生每天在实验室工作到晚上十一二点。那天刚回到家准备休息的田永辉，收到还在实验室工作的学生的消息。

“那是一张满是数据的截图，我们第一次测出调制器的性能，我和实验室的学生们都很兴奋。我们终于把这个技术突破了，能看到氮化硅-薄膜铌酸锂实现高效、大规模异质集成的希望了。”

到2024年，团队已能将数十个高性能调制器、复用器等单元器件集成到单个芯片上，实现并行传输与处理，单个器件的调制速率超过120Gbps，整个芯片的通信容量高达1Tbps，即1秒钟可传输100部高清电影。

同年，田永辉教授牵头完成的项目《氮化硅-薄膜铌酸锂异质集成光电子芯片》获得2024年甘肃省科技进步一等奖，依托兰州大学、中电万维信息技术有限责任公司和上海交通大学共同完成了氮化硅-薄膜铌酸锂异质集成工艺及光电子芯片的关键技术研究与产业应用。

“我们的研究要么上书架，要么上货架。”田永辉常对团队说。在他看来，基础科研不能只停留在论文里，必须走向产业、解决实际问题。

2021年，田永辉团队就联合其他9家院校与科技企业共同承担了国家重点研发计划项目“薄膜铌酸锂光子集成关键工艺与集成技术开发”，致力于推进薄膜铌酸锂集成光电子芯片的规模加工等共性关键问题与产业化应用。

这个总经费近8000万元的项目，让田永辉深刻体会到国家对于光电子芯片研究的迫切需求与巨大支持。在承担项目的3年里，田永辉与团队成员夜以继日持续攻关，丝毫不敢松懈。

田永辉也深感产学研协同的重要性与复杂性。“高校关注的是技术指标有多先进，比如调制器的速度、带宽等；而企业更关心成本、损耗、稳定性等。他们会问这个芯片能不能批量生产？用在设备里会不会影响整体性能？”这是田永辉作为团队负责人需要协调解决的问题。

为了弥合技术突破的“点”与产业化应用的“面”之间的差距，团队与企业建立了高频沟通的机制。哪怕在特殊时期，他们也会每周召开线上会议，协调设计、加工、测试进度。“有时候为了一个工艺参数，我们和企业工程师能聊到深夜。”田永辉说，最终团队将损耗降低了40%，满足了产业和市场的需求。

这种协同不仅推动了技术落地，还为企业培养了人才。“我们的博士生、硕士生每年没毕业就被企业‘预订’了。”田永辉自豪地说，团队培养的学生既懂基础理论，又会动手操作，很多人成为企业的技术骨干。

团队建设：为西北光电产业化发展搭建平台

“做芯片不是一个人的事，靠的是团队。”田永辉的团队从最初的几个人，发展到如今50多人的规模。2013年刚回到兰州大学时，田永辉手把手带着学生做实验，这样的习惯一直被传承下来，现在团队内部形成了“传帮带”的良好氛围。

提到自己的团队，田永辉觉得十分自豪，他总结团队的特点是“四个特别”：特别能吃苦、特别能战斗、特别能奉献、特别能合作。

团队氛围十分融洽，每个人都可以发挥自己的特长，在这个讲究合作的芯片领域，只有精诚配合、不存私心才能做出成果。

在团队管理上，田永辉有自己的心得：既要严格要求，又要放手去做。“新生来的时候，我会手把手教他们操作设备，改论文改到8遍、10遍，哪怕论文自己来写会更快，也要让他们掌握方法。”

他还鼓励学生大胆尝试，“实验室的设备价值3000万，我告诉他们，只要按规程操作，坏了没关系——国家投钱买设备，就是为了培养人才。”

此外，田永辉还组织学生每周锻炼，买了十几副羽毛球拍、几个篮球。“工作重要，身体更重要。”他笑着说，周末常能看到学生们在操场打球，“团队氛围好了，大家才能心往一处想、劲往一处使。”

如今，作为甘肃省光学学会理事长，田永辉又多了一份责任——推动省内光电产业协同发展。“甘肃的光伏资源非常丰富，但在光学领域，高校、企业之间的联系不够紧密。”

他计划通过学会搭建学术交流、产学研合作的平台，通过举办学术会议、科普活动、光电设计大赛等等，密切校企联合，为甘肃的光电产业贡献磅礴力量。

回顾自己的求学和科研路，田永辉说：“我很庆幸当年选择了薄膜铌酸锂这个方向，也庆幸在西北坚持了下来。”他认为，光电子芯片是我国为数不多能与国际同步发展的领域，“微电子芯片我们落后5到10年，但光电子芯片大家起步时间差不多，只要我们坚持创新，就能实现突破。”

采访结束时，田永辉眼神中满是期待：“我们的目标是让中国的光电子芯片技术走在世界先进水平，让光电子芯片惠及更多普通人的生活。这个目标需要一代又一代人的努力，我们会一直走下去。”

来源:甘肃工信

编辑：籽茗

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